风载对输电塔线系统及间隔棒的影响分析

摘要

高压输电塔线系统是电力系统中很重要的一部分，在我国的经济建设方面具有重大贡献。高压输电塔线系统如果受到破坏不仅会造成巨大的财产损失，而且会严重的影响到大家的日常生活，因此保证其安全运行具有重大的意义。高压输电塔是一种高耸建筑，当其在强风的作用下，由于导线和杆塔的耦合作用容易使杆塔发生复杂的振动而倒塌。间隔棒不仅能够限制子导线之间发生相对运动，而且还能使分裂导线保持几何形状，有利于分裂导线的正常运行。因此有必要对输电塔线系统的动态特性、风载作用下的风振响应和间隔棒的疲劳寿命等问题进行研究，得到一些对实际应用有一定参考价值的结论。本文做了如下所示的主要工作内容： （1）本文基于线性滤波法（AR法），选择应用最广泛的Davenport风速谱，在MATLAB软件中编辑了模拟脉动风的程序，模拟出了输电塔线系统沿不同高度的风速时程曲线，验证了模拟结果的正确性，为之后的风振响应的计算提供了条件。 （2）根据输电塔杆件的主要受力特点，选用 BEAM188 梁单元在 ANSYS软件中构建了输电塔的精细化有限元模型。基于抛物线找形的原理，以LINK10单元模拟导线完成了输电导线的自重找形。采用LINK8单元模拟绝缘子串和间隔棒，并结合输电塔和导线建立“两塔三线”输电塔线系统精细化有限元模型。通过模态分析发现了输电塔的薄弱部位在塔腿和横担上，这些部位容易出现过早的变形。 （3）根据第二章模拟的脉动风速时程计算出塔线系统中各节点的载荷时程，运用ANSYS中的Newmark-β法对单塔和两塔三线塔线系统进行风振响应分析。对比了单塔和塔线系统的位移、速度和加速度的风振响应结果，发现输电线、绝缘子串、间隔棒和输电塔的耦合对结构的振动具有一定的放大作用。 （4）通过塔线系统风振响应的计算，得到分裂导线处间隔棒的载荷时程曲线，运用雨流计数法得到间隔棒的载荷谱和应力幅循环次数，最后对间隔棒的疲劳寿命进行了估算。

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